Екстрагування розчинних речовин з різних твердих тіл є найбільш поширеним процесом при виробництві концентратів, екстрактів і безалкогольних напоїв. Сировина, що піддається екстрагуванню, відрізняється великою різноманітністю форм, розмірів, механічних, тепло-фізичних і фізико-хімічних властивостей.
Екстрагуванням називається витяг одного або декількох компонентів з твердого тіла за допомогою водно-спиртового або іншого розчинника, що володіє виборчої здатністю розчиняти тільки ті цільові компоненти, які необхідно виділити. Рушійною силою цього процесу є різниця концентрацій екстрагуються речовини в рідині, що заповнює пори твердого тіла, і в основній масі екстрагенту, що знаходиться в контакті з поверхнею твердих частинок.
Механізм екстрагування включає в себе проникнення екстрагента в пори твердого матеріалу, розчинення цільових компонентів, перенесення речовин, що екстрагуються з глибини твердої частинки до поверхні розділу фаз за допомогою молекулярної дифузії або массопроводності і перенесення речовин від поверхні розділу фаз вглиб екстрагента за допомогою конвективної дифузії. Швидкість екстрагування визначається рушійною силою процесу й дифузійним опором.
Використання концентрованих основ для виготовлення різних видів безалкогольних напоїв має ряд переваг перед іншими способами. У технологію напоїв з ароматичної і екстрактивної частин концентрату входять їх купажування відповідно до рецептури, змішування з водою, насичення двоокисом вуглецю і розлив у пляшки або Інші ємності. Таке виробництво безалкогольних напоїв призводить до поліпшення технологічної дисципліни, сприяє стабілізації і поліпшенню якості продукції, що випускається.
Основними вимогами, що пред'являються до якості концентрованих Основ, є: використання високоякісної сировини, забезпечення терміну зберігання та біологічної стійкості протягом одного року, повна розчинність в купажних сиропах, збагачення напоїв біологічно активними речовинами, реалізація для промислової переробки і продаж у роздрібній мережі, отримання широкого асортименту безалкогольних напоїв з оригінальними ор-ганолептіческімі характеристиками.
Технологічний процес на основних стадіях виробництва повинен відрізнятися мінімальними витратами ручної праці і відповідати умовам, що пред'являються сучасному харчового підприємству для випуску концентратів, екстрактів і безалкогольних напоїв.
Найбільш перспективним для виробництва концентрованих основ безалкогольних напоїв є рослинна сировина, складний хімічний склад якого і його терапевтичний вплив на організм людини визначають можливість створення напоїв з цільовим призначенням (антистресові, профілактичні, тонізуючі та ін.). Крім того, присутність в рослинній сировині, а отже, і в отриманих з нього екстрактах природних консервантів дозволяє підвищити біологічну стійкість безалкогольних напоїв до 30 діб і більше. До природних консервантів належать карбонові та оксикарбонові кислоти, флавоноїди, вітаміни, ефірні масла, антоціани і ін.
Оригінальні особливості рослинних екстрактів, що становлять основу безалкогольних напоїв, дозволяють створювати в них повні смакові тони, що гармонійно поєднуються з ніжною ароматної гамою і надають напою своєрідний колорит. А наявність в екстрактах фарбувальних речовин обумовлює певний колір без використання традиційних харчових і штучних барвників.
В даний час на більшості заводів при отриманні рослинних екстрактів широко використовують технологію тривалого настоювання сировини з екстрагентом, в якості якого в більшості випадків застосовують спиртові розчини з масовою часткою спирту 40-80%. Виготовляють водні настої рослинної сировини також шляхом затоки окропом і витримування при температурі 70-80 "С протягом 4-6 ч. Цей спосіб переробки рослинної сировини не дозволяє максимально використовувати екстрактивні речовини і отримати екстракти, збагачені речовинами вуглеводної і білкової природи, 'мікро - і макроелементами, ароматизирующими і дубильними речовинами, вітамінами, органічними кислотами, глікозидами і іншими сполуками. Тому при виборі способу екстракції і екстрагента необхідно враховувати їх з ірательную здатність.
Водна обробка рослинної сировини при певних умовах дозволяє переходити в розчин таким основним смаковим і ароматизуючим з'єднанням, як пектини, моно-, ди-і трісахаріди, барвники, таніди, циклічні спирти, органічні кислоти і деякі мінеральні сполуки.
При використанні органічних розчинників (замість води) в розчин потрапляють воски, смоли, масла, феноли, терпени, оли-фатические і ароматичні вуглеводи, стерини та інші сполуки.
Слід зазначити, що при екстракції важливу роль відіграє жорсткість води, яка може чинити негативний вплив на витяг з сировини ряду речовин. Суттєве значення мають також в'язкість, коефіцієнт дифузії, поверхневий натяг і константа дисоціації екстрагентів. При інтенсифікації процесу екстракції можна впливати на рослинну сировину декількома способами: фізичним (в електромагнітному і ультразвуковому полях), механічним, термодинамічним, гідравлічним, в турбулентному потоці екстрагента та ін.
При цьому особливе значення має попередня обробка сировини ферментними композиціями. З цією метою використовують амилолитические, протеолітичні, пектолітіческіе і цитолитические ферментні препарати. Речовини, що формують смак і аромат, а також зумовлюють властивості рослинних елементів, знаходяться в клітинному соку рослин і бувають пов'язані з різними структурними елементами клітин і їх оболонок. Отже, при отриманні екстрактів з сухого рослинної сировини необхідно зруйнувати клітинні стінки за допомогою цитолитических ферментів. За рахунок цього збільшується вихід екстрактивних, ароматичних і фарбувальних речовин, а також інших антимікробних і біологічно активних речовин. Комплексна ферментативна обробка сировини в залежності від його хімічного складу і структурно-механічних властивостей сприяє зменшенню витрат сировини на одиницю готової продукції до 15%.
Ферментативний гідроліз речовин рослинної сировини поєднується з будь-яким з існуючих способів екстракції, дозволяє інтенсифікувати процес і значно поліпшити якість готової продукції.
Для повного задоволення попиту населення на різні види безалкогольних напоїв необхідно будувати комплексні цеху з виробництва концентратів, що включають як мінімум три технологічні лінії:
з виробництва екстрактів з пряно-ароматичної сировини, які є ароматичної, смакової і консервирующей частиною напоїв; з виробництва концентратів з різних видів плодово-ягідного і зернового рослинної сировини; по виробництву сухих рослинних і порошкових сумішей для безалкогольних напоїв.
В.А.Дотарецкій
Проізвоасгво концентратів, екстрактів і безалкогольний напоїв
довідник
Екстракція або дифузія - процес вилучення одного або декількох компонентів з складного за складом сировини за допомогою розчинника.
Ультразвук прискорює процес екстрагування сировини, забезпечуючи більш повне вилучення корисних речовин. Ультразвукові хвилі створюють коливання тиску, кавітацію і акустичні течії. В результаті швидше відбувається набухання матеріалу і розчинення вмісту клітини, збільшується швидкість обтікання частинок сировини, у пограничному дифузійному шарі виникають турбулентні і вихрові потоки. Молекулярна дифузія усередині частинок матеріалу і в прикордонному дифузійному шарі практично замінюється конвективного, що призводить до інтенсифікації масообміну. В результаті кавітації відбувається руйнування клітинних структур, що прискорює процес переходу корисних речовин в екстрагент за рахунок їх вимивання.
У середовищі поширення звукових хвиль спостерігається частотне, равнопеременное чергування зон стискання і розрідження, в коливальний рух втягується весь вміст екстрактора. При цьому з'являються сильні турбулентні течії, гідродинамічні потоки, що сприяють переносу мас, розчиненню речовин, відбувається інтенсивне перемішування вмісту навіть всередині клітини, чого неможливо досягти іншими способами екстракції. Крім того, зміна тиску при стисненні і розрядження, може викликати ефект губки, при якому поліпшується проникнення екстрагента в матеріал.
На вихід діючих речовин впливають інтенсивність і тривалість ультразвукового опромінення, температура екстрагента, співвідношення сировини і екстрагента. При ультразвуковому екстрагуванні у виробництві настоїв і екстрактів необхідно враховувати загальні вимоги, викладені далі:
1. Забезпечити необхідну дисперсність вихідної сировини. Дисперсність сировини впливає на ефективність процесу екстрагування, тому перед екстракцією сировину слід подрібнювати. Для рослин, що мають тонку рихлу листову пластинку розмір часток не відіграє суттєвої ролі і може коливатися від 2 до 8 мм. Для екстрагування сировини з задерев'янілими клітинами щільної структури (коріння або кореневища) розмір часток повинен бути 0,25-1,0 мм. Оптимальний розмір часток для екстрагування кори, товстої шкірки становить 0,5-1,5 мм.
2. Після подрібнення висушене рослинна сировина необхідно замочити. Процес замочування, на який витрачається зазвичай від 4 до 10 годин, залежить від швидкості витіснення повітря з клітки, утримуваного до тих пір, поки не відбудеться його розчинення в екстрагенті. Крім того, частина повітря залишається всередині клітини. При застосуванні ультразвуку має місце звукокапілярний ефект, який не тільки прискорює витіснення бульбашок повітря, а й створює умови для їх розчинення в рідині. В результаті процес замочування різко прискорюється. Використання ультразвукових коливань протягом 10-30 хвилин дозволяє значно скоротити час замочування.
3. При проведенні екстрагування необхідно забезпечити доступ екстрагента і ультразвукових хвиль до кожній частинці. Це досягається перемішуванням під час обробки ультразвуком. а також зменшенням співвідношення сировина / екстрагент.
4. Для інтенсифікації екстрагування рекомендується підігрів до 30-40 ° C. Не слід перегрівати екстрагент, оскільки зі збільшенням температури починається інтенсивне утворення газових бульбашок і інтенсивність передачі ультразвукової енергії падає. Також необхідно враховувати нагрів екстрагента за рахунок поглинання ультразвукової енергії і стежити за тим, щоб температура не перевищувала допустимих значень.
5. Тривалість ультразвукової обробки залежить від величини частинок матеріалу, що екстрагується сировини.
Ультразвукова обробка повторюється з інтервалами 20-24 години до досягнення необхідних показників. У проміжках між озвучуванням рекомендується перемішування протягом 1-2 години. Не слід занадто довго проводити озвучування, оскільки більша тривалість майже не підвищує вихід діючих речовин, але помітно впливає на їх стабільність.
Споживана потужність, кВт